טיוטה:אפיון של ננו-חלקיקים

ננו-חלקיקים נבדלים בתכונותיהם הפיזיקליות כגון גודל, צורה ופיזור, שיש למדוד אותם כדי לתאר אותם במלואם.

אפיון ננו-חלקיקים הוא ענף בננומטרולוגיה העוסק באפיון, או מדידה, של תכונות פיזיקליות וכימיות של ננו-חלקיקים. ננו-חלקיקים נאמדים בפחות מ-100 ננומטר לפחות באחד מהממדים החיצוניים שלהם, ולעיתים קרובות הם מהונדסים עבור תכונותיהם הייחודיות. ננו-חלקיקים אינם כמו כימיקלים קונבנציונליים בכך שההרכב הכימי והריכוז שלהם אינם מדדים מספיקים לתיאור מלא, מכיוון שהם משתנים בתכונות פיזיקליות אחרות כגון גודל, צורה, תכונות פני השטח, גבישיות ומצב פיזור.

ננו-חלקיקים מאופיינים למטרות שונות, כולל מחקרי ננו-טוקסיקולוגיה והערכת חשיפה במקומות עבודה כדי להעריך את סכנות הבריאות והבטיחות שלהם, כמו גם בקרת תהליכי ייצור. קיים מגוון רחב של מכשור למדידת תכונות אלו, כולל שיטות מיקרוסקופיה וספקטרוסקופיה וכן מוני חלקיקים. תקני מטרולוגיה וחומרי עזר לננוטכנולוגיה, למרות שהם עדיין דיסציפלינה חדשה, זמינים מארגונים רבים.

סוגי שיטות

מיקרוסקופים כמו מיקרוסקופ אלקטרונים סורק זה יכולים לצלם ננו-חלקיקים בודדים כדי לאפיין את צורתם, גודלם ומיקומם.

ספקטרופוטומטר אולטרה סגול-אור נראה יכול לספק מידע על ריכוז, גודל וצורה.

מדדים

גודל ופיזור

ננו-חלקיקים בעלי גדלים שונים של חלקיקים יכולים להיות בעלי תכונות פיזיקליות שונות. לדוגמה, ננו-חלקיקי זהב בגדלים שונים מופיעים כצבעים שונים.

פיזור היא המידה שבה חלקיקים מתקבצים יחד לאגלומרטים שקשורים חלש (בתמונה) או אגרגטים שקשורים חזק.

צורה

ננו-חלקיקים יכולים לקבל צורה לא-כדורית, כמו הננו-חלקיק זהב בצורת כוכב המופיע בתמונה

מורפולוגיה מתייחסת לצורה הפיזית של חלקיק, כמו גם לטופוגרפיה של פני השטח שלו, למשל, נוכחות של סדקים, חריצים או נקבוביות. המורפולוגיה משפיעה על פיזור, פונקציונליות ורעילות, ויש לה שיקולים דומים כמו מדידות גודל. הערכה של מורפולוגיה דורשת ויזואליאציה ישירה של החלקיקים באמצעות טכניקות כמו מיקרוסקופ אלקטרונים סורק, מיקרוסקופ אלקטרונים חודר ומיקרוסקופ כוח אטומי. ניתן להשתמש במספר מדדים, כגון כדוריות או מעגליות, יחס גובה-רוחב, התארכות, התקמרות וממד פרקטלי. מכיוון שמיקרוסקופיה כוללת מדידות של חלקיקים בודדים, יש צורך בגודל דגימה גדול כדי להבטיח דגימה מייצגת, ויש לקחת בחשבון את ההשפעות של מיקום והכנת הדגימה.

הרכב כימי ומבנה גבישי

האטומים בננו-חלקיק עשויים להיות מסודרים במבנה גבישי (למעלה), עשויים להיות אמורפיים (למטה), או עשויים להיות במצב ביניים בין השניים.

שטח פנים

שטח הפנים של ננו-חלקיק עשויים להיות בעלי הרכב שונה מזה של שאר החלקיק, למשל עם ליגנדים אורגניים המחוברים אליו.

יישומים

טוקסיקולוגיה

ננו-טוקסיקולוגיה היא חקר ההשפעות הרעילות של ננו-חלקיקים על אורגניזמים חיים. אפיון התכונות הפיזיקליות והכימיות של ננו-חלקיק חשוב להבטחת הדירות של מחקרי טוקסיקולוגיה, והוא חיוני גם ללימוד כיצד התכונות הפיזיקליות והכימיות של ננו-חלקיקים קובעות את ההשפעות הביולוגיות שלהם.

הערכת חשיפה

ציוד המשמש לדגימת שטח של ננו-חלקיקים נישאים באוויר. המכשירים המוצגים כאן כוללים מונה חלקיקי עיבוי (משמאל), פוטומטר אירוסול (מכשיר כחול למעלה), ושתי משאבות דגימת אוויר לניתוח מבוסס פילטר.